表面二维超分子自组装结构和性质的研究

论文摘要

对表面超分子纳米结构的构筑和调控是制备分子器件的先决条件。自组装技术是制备超分子纳米结构的一种重要的途径。扫描隧道显微镜（STM）以其在原子水平上对分子进行观察的能力,在纳米结构的研究中具有得天独厚的优势。本论文以STM为主要研究手段,结合隧道谱,通过设计分子结构﹑改变组装环境,制备出了一些新型的能够进行精确控制的二维超分子纳米自组装结构。主要研究结论如下:（1）对分子结构进行设计,可实现对表面超分子纳米结构的有效控制。合成了具有不同数目的羧酸基团的星状化合物（S-COOHn, n = 1, 2, 3）,并研究了在高定向裂解石墨（HOPG）表面的吸附和组装行为。研究结果表明,带有不同数目羧酸基团的星状化合物形成不同的超分子纳米结构。因此分子间的COOH…COOH氢键作用对形成不同的超分子纳米结构有重要的作用。（2）类似的,但我们对双组分分子结构进行设计,来实现对表面超分子纳米结构的有效控制。通过加入1,14二酸作为桥使DQP分子形成新的二维有序地超分子纳米结构。研究结果表明,COOH…N氢键对形成新的超分子纳米结构有重要的影响。（3）我们进一步研究了溶剂对超分子纳米组装结构的影响。在四种具有代表性的溶剂中,同一种分子具有不同的组装结构。研究结果表明,对于这个体系来说,溶剂则显得十分关键。因为样品分子与溶剂的作用力参与了超分子纳米结构的组装。（4）以不同吸附构型的D-A-D体系分子为研究对象,通过隧道谱来考察电场对它们表面组装结构的影响。研究结果表明,超分子纳米结构的电子特性受到外界电场的影响而发生变化,由于吸附构型的不同导致分子与吸附基底表面电子的耦合程度的不同。（5）我们还研究了混合组分的二维可控超分子纳米结构组装。以苯三酸和蒄为中心分子,S-COOH3为客体分子,混合体系在表面形成有序阵列。同时,改变不同组分的摩尔比率,可对这些混合体系进行精确控制。这一结果说明,利用多组分的相互作用可以构筑新的超分子纳米结构。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 纳米科学技术简介
• 1.2 二维超分子自组装结构
• 1.2.1 超分子化学概念和自组装现象
• 1.2.2 分子自组装的驱动作用力
• 1.3 本论文的选题依据和意义
• 1.4 实验方法
• 1.4.1 扫描隧道显微镜简介（STM）
• 1.4.2 扫描隧道显微镜的基本原理
• 1.4.3 扫描隧道显微镜的特点
• 第二章 COOH…COOH 氢键对超分子自组装结构的影响
• 2.1 引言
• n, n = 1, 2, 3）的合成和表征（由马谆完成）'>2.2 星状化合物（S-COOH_n, n = 1, 2, 3）的合成和表征（由马谆完成）
• 2.2.1 药品与试剂
• 2.2.2 实验仪器
• 2.2.3 合成步骤与表征
• n, n = 1, 2, 3）在石墨表面的组装研究'>2.3 星状化合物（S-COOH_n, n = 1, 2, 3）在石墨表面的组装研究
• 2.3.1 实验部分
• 2.3.2 结果与讨论
• 2.4 结论
• 第三章 COOH…N 氢键对超分子自组装结构的影响
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.3 结果与讨论
• 3.4 结论
• 第四章 溶剂对超分子自组装结构的影响
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.3 结果与讨论
• 4.4 结论
• 第五章 电场对不同吸附的超分子自组装结构的影响
• 5.1 引言
• 5.2 化合物的合成与表征（由万俊华完成）
• 5.2.1 药品与试剂
• 5.2.2 实验仪器
• 5.2.3 合成与表征
• 5.3 化合物在石墨表面的STM 研究
• 5.3.1 寡聚物Py-Per-Py 在石墨（HOPG）固液界面的STM 表征
• 5.3.2 寡聚物Py-e-Per-e-Py 在石墨（HOPG）固液界面的STM 表征
• 5.4 化合物在石墨表面的变压STM 和STS 研究
• 5.4.1 寡聚物Py-Per-Py 在石墨表面的变压STM 和STS 研究
• 5.4.2 寡聚物Py-e-Per-e-Py 在石墨表面的变压STM
• 5.5 结论
• 第六章 构筑氢键敏感的超分子自组装结构
• 6.1 引言
• 6.2 实验部分
• 6.3 结果与讨论
• 3/TMA 的表面组装结构'>6.3.1 S-COOH₃/TMA 的表面组装结构
• 3/TMA/Cor 的表面组装结构'>6.3.2 S-COOH₃/TMA/Cor 的表面组装结构
• 6.4 结论
• 第七章 主要结论
• 参考文献
• 硕士期间发表和完成的论文
• 致谢